JP2002304979A - Separator for alkaline battery and method for manufacturing the same - Google Patents
Separator for alkaline battery and method for manufacturing the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ニッケル・水素蓄
電池、ニッケル・カドミウム蓄電池などの密閉型アルカ
リ電池に関するものであり、特に該電池用セパレータお
よびその製造法に関するものである。The present invention relates to a sealed alkaline battery such as a nickel-hydrogen storage battery and a nickel-cadmium storage battery, and more particularly to a battery separator and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】密閉型のアルカリ蓄電池は正極,負極,
電解質,セパレータ,及び容器に大別され、上記正極と
負極が上記セパレータにより隔絶され、上記電解質液に
浸漬された状態で容器内に収納されている。2. Description of the Related Art A sealed alkaline storage battery has a positive electrode, a negative electrode,
The positive electrode and the negative electrode are roughly divided into an electrolyte, a separator, and a container. The positive electrode and the negative electrode are separated by the separator, and are housed in the container while being immersed in the electrolyte solution.
【0003】また、密閉型のアルカリ蓄電池では、過充
電時に正極で発生する酸素ガスを負極に吸収させること
で、電池内圧の上昇を防ぐというノイマン方式が採用さ
れている。そのため過充電時の内圧上昇が比較的小さく
安全性の高いことから、電気自動車や電動工具といった
大電流用途での応用が進められている。しかしながら、
過充電時に、正極での酸素ガスの発生速度が負極側での
酸素ガス吸収速度より速くなると、電池内圧は徐々に上
昇し、電池の破壊や寿命低下を招くため、負極の酸素吸
収速度を向上させるための種々の検討がなされている。
特にセパレータに関していえば、発生した酸素ガスを正
極から負極へとスムーズに透過させるための検討が進め
られている。In a sealed alkaline storage battery, a Neumann system is employed in which oxygen gas generated at the positive electrode during overcharge is absorbed by the negative electrode to prevent a rise in battery internal pressure. Therefore, since the internal pressure rise during overcharge is relatively small and the safety is high, applications for large current applications such as electric vehicles and power tools are being promoted. However,
During overcharge, if the generation rate of oxygen gas at the positive electrode becomes faster than the oxygen gas absorption rate at the negative electrode side, the internal pressure of the battery gradually increases, leading to destruction of the battery and shortening of the service life. Various studies have been made to make this possible.
In particular, with respect to the separator, studies are being made to smoothly transmit the generated oxygen gas from the positive electrode to the negative electrode.
【0004】一方で、電池の高容量化にともない、セパ
レータに対しては厚みを薄くして、できるだけ電池内で
の占有体積を少なくすることが望まれている。この場
合、単純に目付を低くしただけでは電極群を構成する際
の短絡確率が高くなるため、繊維密度を高くする方法が
検討されている。しかし、こうして繊維密度を高くした
場合、セパレータ内の空間体積が減少しガスの透過性が
低下するため、電池内圧が大きく上昇してしまうという
問題を有している。On the other hand, as the capacity of a battery is increased, it is desired to reduce the thickness of the separator so that the volume occupied in the battery is reduced as much as possible. In this case, simply lowering the basis weight increases the probability of short-circuiting when forming the electrode group. Therefore, a method of increasing the fiber density has been studied. However, when the fiber density is increased in this manner, the space volume in the separator is reduced, and the gas permeability is reduced, so that there is a problem that the internal pressure of the battery is greatly increased.
【0005】こうした問題を解決するため、例えば特開
平10−106525号公報には、正極板に対向する側
に高密度層を、負極板に対向する側に高密度層よりも繊
維密度の低い低密度層を配する不織布、特開平6−11
1847号公報には、負極側の細繊維含有層(保液層)
と正極側の太繊維含有層とからなる不織布、特開平5−
82115公報には、アクリル酸含有繊維含有層とポリ
オレフィン系繊維含有層を熱接着し、かつ場合に応じて
スルホン化処理を施した不織布、特開平8−11573
9号公報記載の太繊維含有層と細繊維含有層とを一体化
した不織布に親水性モノマーをグラフト重合した不織
布、特開平7−57712号公報には、2枚以上の不織
布を熱風によって一体化した不織布、特開平11−54
101号公報には、水流交絡処理を用いて作製した多層
不織布、特開平5−89869号公報には、セパレータ
と負極の間に耐電解液性の網材を設置した電池、等が報
告されている。しかし、いずれの方法においても複数の
特性の異なる層を重ね合わせることを特徴としており、
それだけ厚みが増すことになって、電池の高容量化には
適さないという欠点がある。また、不織布中に存在する
繊維は互いに交絡しており、繊維が交絡することによっ
て作り出される大小さまざまな大きさのガスや電解液が
移動可能な空間(言い換えれば、孔)が多数存在する。
ここで、太い繊維を主体として構成させた層、または低
密度層は、孔の大きさ(以後、孔径とする)が特に大き
く、電極バリが突き抜けたり、電極から遊離する電極活
物質粒子がセパレータに埋まって、短絡するという欠点
もある。In order to solve such a problem, for example, JP-A-10-106525 discloses a high-density layer on the side facing the positive electrode plate and a low-density layer having a lower fiber density than the high-density layer on the side facing the negative electrode plate. Non-woven fabric having a density layer, JP-A-6-11
No. 1847 discloses a fine fiber-containing layer (liquid retention layer) on the negative electrode side.
Non-woven fabric comprising a positive-fiber-side thick-fiber-containing layer;
No. 82115 discloses a nonwoven fabric in which an acrylic acid-containing fiber-containing layer and a polyolefin-based fiber-containing layer are heat-bonded and optionally subjected to a sulfonation treatment.
JP-A-7-57712 discloses a nonwoven fabric obtained by graft-polymerizing a hydrophilic monomer onto a nonwoven fabric in which a thick fiber-containing layer and a fine fiber-containing layer are integrated as described in JP-A No. 9-57712. Nonwoven fabric, JP-A-11-54
No. 101 discloses a multilayer nonwoven fabric produced by using a hydroentanglement treatment, and JP-A-5-89869 reports a battery in which an electrolytic solution-resistant net is provided between a separator and a negative electrode. I have. However, each method is characterized by overlapping a plurality of layers with different characteristics,
As a result, the thickness of the battery increases, which is not suitable for increasing the capacity of the battery. Further, the fibers present in the nonwoven fabric are entangled with each other, and there are many spaces (in other words, pores) in which gases and electrolytes of various sizes, which are created by the entanglement of the fibers, can move.
Here, the layer mainly composed of thick fibers or the low-density layer has a particularly large pore size (hereinafter, referred to as a pore diameter), and electrode active material particles that penetrate electrode burr or are released from the electrode are separated. There is also a drawback that it is buried in and short-circuited.
【0006】また一般に、アルカリ電池用セパレータと
して不織布その他の多孔体を使用する場合、電解液との
親和性を長期間に渡って保つことが必要であり、ポリオ
レフィン系樹脂のような疎水性樹脂を使用する場合には
親水化処理を施す必要がある。また、親水化処理の方法
としては、グラフト処理、スルホン化処理、界面活性剤
の添着処理、コロナ処理、プラズマ処理、フッ素ガス処
理、樹脂コーティング処理等をあげることができるが、
中でも、親水性を長期的に維持可能であり、かつニッケ
ル水素電池において問題視されている不純物(アンモニ
ア)の吸着機能を持つことから、硫酸処理や発煙硫酸処
理や三酸化硫黄ガス処理によるスルホン化処理、もしく
はアクリル酸に代表されるような親水性官能基を有する
モノマーのグラフト処理、のいずれか一つを少なくとも
実施することが好ましい。また、スルホン化処理または
グラフト処理を他の親水化処方と組み合わせても良好で
ある。In general, when a non-woven fabric or other porous material is used as a separator for an alkaline battery, it is necessary to maintain affinity with an electrolytic solution for a long period of time, and a hydrophobic resin such as a polyolefin resin is used. When used, it is necessary to perform a hydrophilic treatment. Examples of the method of hydrophilization treatment include grafting treatment, sulfonation treatment, surfactant attachment treatment, corona treatment, plasma treatment, fluorine gas treatment, and resin coating treatment.
Above all, sulfonation by sulfuric acid treatment, fuming sulfuric acid treatment, or sulfur trioxide gas treatment, because it can maintain hydrophilicity for a long period of time and has a function of adsorbing impurities (ammonia) which is regarded as a problem in nickel-metal hydride batteries It is preferable to perform at least one of the treatment and the graft treatment of a monomer having a hydrophilic functional group represented by acrylic acid. It is also good to combine the sulfonation treatment or the grafting treatment with another hydrophilic treatment.
【0007】しかしながら少なくともスルホン化処理を
行った不織布に凹凸を形成させる際には、繊維を熱によ
って融着させる必要があるため、不織布表面に形成され
たスルホン酸基の脱離により組み込んだ電池の性能低下
を招く、あるいはスルホン酸基の脱離と同時に起こる強
度低下により電池製造時の歩留まりが悪化する、といっ
た問題のあることが分かった。However, at least when forming irregularities on the non-woven fabric subjected to the sulfonation treatment, it is necessary to fuse the fibers by heat. Therefore, the battery incorporated by removing the sulfonic acid group formed on the surface of the non-woven fabric is required. It has been found that there is a problem that the performance is lowered, or the yield at the time of manufacturing the battery is deteriorated due to the reduction in strength that occurs simultaneously with the elimination of the sulfonic acid group.
【0008】一方グラフト処理を行った不織布は、熱容
量が増加するためグラフト処理後に凹凸を付けるのは困
難であることと同時に、たとえ厳しい条件で凹凸を付け
たとしてもスルホン化処理の場合と同様に、官能基の脱
離による電池性能の低下や、強度低下という問題のある
ことが分かった。On the other hand, the nonwoven fabric subjected to the grafting treatment has an increased heat capacity, so that it is difficult to form irregularities after the grafting treatment, and at the same time, even if the irregularities are formed under severe conditions, it is the same as in the case of the sulfonation treatment. It has been found that there are problems such as a decrease in battery performance due to elimination of a functional group and a decrease in strength.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、前記問
題点を鑑みて、アルカリ二次電池の過充電時に発生する
酸素ガスを良好に通過させ、電池内圧が上昇しにくく、
かつ短絡しない薄型のセパレータを得ることを目的と
し、不織布の原料と形状および親水化処理方法について
鋭意検討を行い、上記目的を満足するセパレータおよび
その製造方法を発明した。DISCLOSURE OF THE INVENTION In view of the above problems, the present inventors have successfully passed oxygen gas generated at the time of overcharging of an alkaline secondary battery, making it difficult for the internal pressure of the battery to rise.
With the aim of obtaining a thin separator that does not cause a short circuit, the present inventors have conducted intensive studies on the raw material and shape of the nonwoven fabric and the method for hydrophilizing the same, and have invented a separator satisfying the above object and a method for producing the same.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】即ち、本発明者らは、熱
可塑性樹脂、特にポリオレフィン系樹脂からなる不織布
を作製し、親水化処理の前に予め表面に凹凸を形成させ
た後に該不織布に親水化処理を施すことによって、表面
に凹凸を有した親水化処理されたセパレータを得、該セ
パレータを電池に組み込んだ際に、優れた内圧抑制効果
を有することを特徴とするアルカリ電池用セパレータを
提供するものである。That is, the present inventors have prepared a non-woven fabric made of a thermoplastic resin, particularly a polyolefin resin, and formed irregularities on the surface thereof before the hydrophilization treatment, and then formed the non-woven fabric on the non-woven fabric. By performing the hydrophilic treatment, to obtain a hydrophilic treated separator having irregularities on the surface, when the separator is incorporated into a battery, an alkaline battery separator characterized by having an excellent internal pressure suppression effect To provide.
【0011】また、本発明の凹部の深さがセパレータの
見かけ厚みに対して5%以上50%以下、かつ、セパレ
ータ全面積に対する凹部の面積が5%以上50%以下で
あることを特徴とするアルカリ電池用セパレータおよび
その製造方法に関するものである。The depth of the recess according to the present invention is 5% or more and 50% or less with respect to the apparent thickness of the separator, and the area of the recess is 5% or more and 50% or less with respect to the entire area of the separator. The present invention relates to an alkaline battery separator and a method for producing the same.
【0012】また、熱可塑性樹脂がポリオレフィン系樹
脂であることを特徴とする前述のアルカリ電池用セパレ
ータおよびその製造方法に関するものである。Further, the present invention relates to the above-mentioned separator for an alkaline battery, wherein the thermoplastic resin is a polyolefin resin, and a method for producing the same.
【0013】また、セパレータを構成する不織布の平均
繊維径は、1〜20μmの範囲にあり、かつ不織布の目
付は20〜75g/m2の範囲にあり、かつ不織布の通気
度は2〜50cm3/cm2/sの範囲にあり、かつ不織
布の厚みは180μm以下であり、かつ不織布の突刺強
度は5N以上であることを特徴とするアルカリ電池用セ
パレータおよびその製造方法に関するものである。The average fiber diameter of the nonwoven fabric constituting the separator is in the range of 1 to 20 μm, the basis weight of the nonwoven fabric is in the range of 20 to 75 g / m 2 , and the air permeability of the nonwoven fabric is 2 to 50 cm 3. / Cm 2 / s, the thickness of the non-woven fabric is 180 μm or less, and the puncture strength of the non-woven fabric is 5 N or more, and a method for producing the alkaline battery separator.
【0014】また、セパレータの凹凸を有する面が少な
くとも負極に対向していることを特徴とする電池用セパ
レータを用いたアルカリ電池に関するものである。[0014] The present invention also relates to an alkaline battery using a battery separator, wherein the surface having irregularities of the separator faces at least the negative electrode.
【0015】また、前述の親水化処理がスルホン化処理
もしくはグラフト処理のいずれかの処理を少なくとも実
施したことを特徴とするアルカリ電池用セパレータの製
造方法に関するものである。[0015] The present invention also relates to a method for producing a separator for an alkaline battery, characterized in that the above-mentioned hydrophilic treatment is at least one of a sulfonation treatment and a graft treatment.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、具体的な手法として、ま
ず、本発明の電池用セパレータにおいて、その形態は不
織布であることが望ましいが、それ以外に多孔質体、例
えば、織物、編物などの繊維シート、繊維集合体、高密
度織編物又は発泡体型多孔質体なども不織布同様、良好
に使用可能である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As a specific method, first, in the battery separator of the present invention, it is desirable that the form is a non-woven fabric, but other than that, a porous body such as a woven fabric or a knitted fabric is used. A fiber sheet, a fiber aggregate, a high-density woven or knitted fabric, a foam-type porous body, or the like can be used favorably similarly to a nonwoven fabric.
【0017】また、本発明の電池用セパレータとして不
織布を用いる場合には、その製造方法は公知の方法であ
ればいずれも使用可能であり、たとえば、スパンボンド
法により製造された長繊維による不織布が使用可能であ
り、またメルトブロー法,フラッシュ紡糸による不織布
も使用可能であり、さらにエアレイ法と呼ばれる開繊し
た繊維を空気流で運ぶ方法も使用可能である。また、カ
ード方式に代表される乾式不織布を、接着剤で結合する
ケミカルボンド法,自己接着または接着繊維で結合する
サーマルボンド法も使用可能である。またさらに、交絡
の手法として、高圧水流を用いるスパンレース法,特殊
針でウエッブをニードリングするニードルパンチ法,糸
で編み込むステッチボンディング法等があり、ピンホー
ルが生成しないように微細加工を実施する事で使用可能
である。またさらに湿式により繊維を抄紙し、上記乾式
法で示した手法と同様の繊維接着,繊維交絡法を用いて
作製した不織布も使用可能であるWhen a non-woven fabric is used as the battery separator of the present invention, any known method can be used for its production. For example, a non-woven fabric made of long fibers manufactured by a spun bond method can be used. A nonwoven fabric formed by a melt-blowing method or flash spinning can be used, and a method called air-laying, in which the opened fibers are carried by an air stream, can also be used. Further, a chemical bonding method in which a dry nonwoven fabric represented by a card method is bonded with an adhesive, and a thermal bonding method in which self bonding or bonding fibers are used to bond the nonwoven fabric can be used. Further, as a confounding method, there are a spunlace method using a high-pressure water flow, a needle punch method in which the web is needled with a special needle, a stitch bonding method in which yarn is knitted, and the like. Can be used in things. Further, a nonwoven fabric produced by making a fiber by wet method and using the same fiber bonding and fiber entanglement method as the method shown in the dry method can also be used.
【0018】本発明の電池用セパレータを構成する樹脂
は、任意の有機系樹脂材料を用いることができるが、電
解液に対する耐性、耐酸化性等の面からポリオレフィン
系樹脂を用いることが好ましい。ここでポリオレフィン
系樹脂とは、ポリオレフィン単独からなる樹脂、または
オレフィンとその他の単量体との共重合体とからなる樹
脂のことであり、ポリオレフィンとしては、例えばポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ
ブテン、ポリエチレン−プロピレン、ポリエチレン−ブ
テン−プロピレン等を挙げることができ、また、オレフ
ィンと共重合が可能なその他の単量体としては、スチレ
ン、酪酸ビニル、酢酸ビニル等を挙げることができる。Although any organic resin material can be used as the resin constituting the battery separator of the present invention, it is preferable to use a polyolefin resin from the viewpoints of resistance to an electrolytic solution and oxidation resistance. Here, the polyolefin resin is a resin composed of a polyolefin alone or a resin composed of a copolymer of an olefin and another monomer. Examples of the polyolefin include polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, and polybutene. , Polyethylene-propylene, polyethylene-butene-propylene, and the like, and other monomers copolymerizable with the olefin include styrene, vinyl butyrate, and vinyl acetate.
【0019】上述した樹脂は単独で用いても良いし、芯
鞘型複合繊維、偏心身鞘型複合繊維、並列型複合繊維、
海島型複合繊維、分割型複合繊維などのように2種以上
の樹脂を混在させても良く、特に限定されるものではな
い。例えばポリプロピレンの外側にポリエチレンを配置
した芯鞘複合繊維を用いる、または混在させて作製した
不織布は有効に使用できる。The above-mentioned resin may be used alone, or a core-sheath type conjugate fiber, an eccentric body-sheath type conjugate fiber, a parallel type conjugate fiber,
Two or more kinds of resins may be mixed, such as sea-island composite fibers and splittable composite fibers, and are not particularly limited. For example, a nonwoven fabric made of a core-sheath conjugate fiber in which polyethylene is arranged on the outside of polypropylene or a mixture thereof can be effectively used.
【0020】また、これらの樹脂成分の分子量は低分子
量のものから超高分子量のものまでどのような分子量の
樹脂を単独で使用、もしくは混合して使用しても良い。
例えば、超高分子量の樹脂を用いて作製した高強度繊維
を混在させることは非常に有効である。The resin component may have any molecular weight, from low molecular weight to ultra-high molecular weight, either singly or as a mixture.
For example, it is very effective to mix high-strength fibers produced using an ultrahigh molecular weight resin.
【0021】また、これらの樹脂の他に酸化防止剤や紫
外線防止剤、耐電防止剤、着色料、難燃剤などの各種添
加物や、金属成分を混入しても良い。その添加量は、最
終的に電池に組み込んだ際に電池性能を低下させない範
囲であればよい。In addition to these resins, various additives such as an antioxidant, an ultraviolet ray inhibitor, an antistatic agent, a coloring agent, a flame retardant, and a metal component may be mixed. The addition amount may be within a range that does not lower the battery performance when the battery is finally incorporated into the battery.
【0022】上記に記載した熱可塑性繊維を使用して作
製した不織布において、平均繊維径は1〜20μmの範
囲にあるのが好ましく、さらには2〜15μmの範囲に
あるのが望ましい。繊維径が1μm未満になると本質的
に繊維強度が弱いため電池製造時に短絡する。一方、繊
維径が20μmを越えると、不織布とした際に孔径の広
い箇所が増加し、短絡に繋がる。In the nonwoven fabric prepared using the above-described thermoplastic fiber, the average fiber diameter is preferably in the range of 1 to 20 μm, and more preferably in the range of 2 to 15 μm. If the fiber diameter is less than 1 μm, the fiber strength is essentially low, and short-circuiting occurs during battery production. On the other hand, when the fiber diameter exceeds 20 μm, the portion having a large pore diameter increases when the nonwoven fabric is used, which leads to a short circuit.
【0023】また、上記範囲の不織布のおいて、フラジ
ール法により通気度は、50cm3/cm2/s以下であ
る事が望まく、さらに望ましくは30cm3/cm2/s
以下、さらには25cm3/cm2/sが好ましい。フラ
ジール法による通気度が、上記範囲以上の値を持つ不織
布では、孔径の広い箇所が増加し、短絡する。またさら
に、充電末期で発生する酸素ガスの透過性を確保するた
めに、フラジール法による通気度は、2cm3/cm2/
s以上である事が望まく、さらに望ましくは4cm3/
cm2/s以上である。よって、本発明に用いる不織布
の通気度は、2〜50cm3/cm2/sの範囲にある事
が望ましい。In the nonwoven fabric in the above range, the air permeability is preferably 50 cm 3 / cm 2 / s or less, more preferably 30 cm 3 / cm 2 / s by the Frazier method.
Hereinafter, more preferably 25 cm 3 / cm 2 / s. In the case of a nonwoven fabric having an air permeability measured by the Frazier method that is equal to or more than the above range, a portion having a large pore diameter increases and a short circuit occurs. Furthermore, in order to ensure the permeability of oxygen gas generated at the end of charging, the air permeability by the Frazier method is 2 cm 3 / cm 2 /
s or more, more preferably 4 cm 3 /
cm 2 / s or more. Therefore, it is desirable that the air permeability of the nonwoven fabric used in the present invention is in the range of 2 to 50 cm 3 / cm 2 / s.
【0024】また、上記の繊維径と通気度を有する不織
布を作製するために、不織布の目付は、20g/m2以
上75g/m2以下にする必要があり、さらに最適には
25g/m2以上60g/m2以下にするのが好ましく、
より最適には30g/m2以上55g/m2以下が望まし
い。不織布の目付が75g/m2よりも大きいと、不織
布の目が詰まりすぎて通気度が2cm3/cm2/s以下
となる。逆に不織布の目付が20g/m2未満の場合、
本質的に強度が弱いため、短絡しやすいセパレータとな
る。Further, in order to produce a nonwoven fabric having the above fiber diameter and air permeability, the basis weight of the nonwoven fabric needs to be 20 g / m 2 or more and 75 g / m 2 or less, and most preferably 25 g / m 2. It is preferably at least 60 g / m 2 ,
More preferably, it is 30 g / m 2 or more and 55 g / m 2 or less. If the basis weight of the nonwoven fabric is greater than 75 g / m 2 , the nonwoven fabric is too clogged and the air permeability becomes 2 cm 3 / cm 2 / s or less. Conversely, when the basis weight of the nonwoven fabric is less than 20 g / m 2 ,
Since the strength is essentially low, the separator is likely to be short-circuited.
【0025】本発明のセパレータにおいて、不織布の凹
凸加工は親水化処理工程の前に実施する必要がある。親
水化処理工程後に加工を実施すると、前述したように親
水化処理時に繊維表面を修飾した官能基が脱離し、電池
性能の低下につながると同時に、強度低下も引き起こ
す。In the separator of the present invention, the unevenness of the nonwoven fabric needs to be performed before the hydrophilic treatment step. If processing is performed after the hydrophilic treatment step, as described above, the functional group that has modified the fiber surface during the hydrophilic treatment is eliminated, leading to a decrease in battery performance and also a decrease in strength.
【0026】凹凸を付与する方法は特に限定されるもの
ではなく、凹凸が形成される公知の方法であればいずれ
も使用可能である。例えば、エンボスロールやギヤロー
ルによる加圧、金型や金属メッシュ、樹脂製ネット等と
ともにプレスして凹凸を転写する方法、鋭利な刃物等で
切削する方法、しぼり加工やもみ加工による方法、凹凸
を有するネット上に不織布を形成する方法、樹脂を部分
的に融解して圧縮もしくは除去する方法などをあげるこ
とができる。The method of providing the unevenness is not particularly limited, and any known method for forming the unevenness can be used. For example, pressing with an embossing roll or gear roll, pressing with a mold or metal mesh, resin net, etc., transferring the unevenness, cutting with a sharp blade, etc., squeezing or rubbing, having unevenness Examples of the method include a method of forming a nonwoven fabric on a net and a method of partially melting and compressing or removing a resin.
【0027】上記凹凸加工処理によって形成される凹凸
の断面形状は図1に示すようなU字状、V字状あるいは
角状のいずれでも良い。また、上面から俯瞰した凹凸の
形状は溝や畝のような連続的なものや非連続的なものい
ずれであっても良く、これらを単独もしくは組み合わせ
て用いることができる。連続的な凹凸としては図2に示
すような一方向に並ぶものや、格子状またはランダムに
交差するものがあげられる。非連続的なものとしては図
3に示すような丸型、星型、三角、四角、十字型等の多
角形や、不定形のもの、それらの組み合わせがあげら
れ、限定されるものではない。なお、連続的な溝を表面
に有するものは特に有効である。また、凹凸は均一に分
散している方が好ましい。The cross-sectional shape of the concavities and convexities formed by the above-mentioned concavo-convex processing may be any of a U-shape, a V-shape or a square shape as shown in FIG. Further, the shape of the concavo-convex viewed from the upper surface may be continuous or discontinuous such as a groove or a ridge, and these may be used alone or in combination. Examples of the continuous unevenness include those arranged in one direction as shown in FIG. 2 and those which intersect at a lattice or randomly. Non-continuous ones include polygons such as a circle, a star, a triangle, a square, and a cross as shown in FIG. 3, irregular shapes, and combinations thereof, and are not limited. It should be noted that those having continuous grooves on the surface are particularly effective. Further, it is preferable that the irregularities are uniformly dispersed.
【0028】上記方法で付与された凹凸によって、電池
を捲回した際に負極とセパレータとの間に微小な空間を
形成することができる。正極で発生した酸素ガスは、セ
パレータ内を通過してこの空間に一時的に保持された
後、負極表面上で消費されるため電池内圧の上昇を抑制
することができるものである。したがって、本発明にお
いてその凹凸は電池内でセパレータと電極表面の間に十
分な微小空間を形成できるようなものである必要があ
る。Due to the irregularities provided by the above method, a minute space can be formed between the negative electrode and the separator when the battery is wound. Oxygen gas generated at the positive electrode passes through the separator, is temporarily held in this space, and is then consumed on the negative electrode surface, thereby suppressing an increase in battery internal pressure. Therefore, in the present invention, the unevenness needs to be such that a sufficient minute space can be formed between the separator and the electrode surface in the battery.
【0029】本発明のアルカリ電池用セパレータにおい
て、不織布表面に凹凸を形成させた後、親水化処理を施
す必要がある。親水化処理を施した後に凹凸を形成させ
ると、親水性官能基の脱離や不織布の強度が低下し、優
れたセパレータとすることはできない。In the alkaline battery separator of the present invention, it is necessary to apply a hydrophilic treatment after forming the unevenness on the surface of the nonwoven fabric. If the irregularities are formed after the hydrophilic treatment, the separation of the hydrophilic functional groups and the strength of the nonwoven fabric are reduced, so that an excellent separator cannot be obtained.
【0030】親水化処理の方法としては、グラフト処理
またはスルホン化処理のいずれかを行うことが好まし
い。さらに、界面活性剤の添着処理、コロナ処理、プラ
ズマ処理、フッ素ガス処理、樹脂コーティング処理等を
併せて行っても良い。As a method of the hydrophilic treatment, it is preferable to carry out either a graft treatment or a sulfonation treatment. Further, a surfactant attachment treatment, a corona treatment, a plasma treatment, a fluorine gas treatment, a resin coating treatment, or the like may be performed in combination.
【0031】スルホン化処理法としては熱硫酸に浸積さ
せる方法、発煙硫酸に浸積させる方法、クロル硫酸に浸
積させる方法、三酸化硫黄ガスと接触させる方法、硫酸
または発煙硫酸への浸積と三酸化硫黄ガスまたは二酸化
硫黄ガスへの接触を繰り返し行う方法、熱硫酸に浸積し
たのち三酸化硫黄ガスと接触させる方法、フッ素処理を
行った後に二酸化硫黄と酸素の混合気体に接触させる方
法などはいずれも好適に利用できる。またグラフト処理
法としてはビニル単量体などを樹脂に接触させると同時
に紫外線照射処理、プラズマ処理、コロナ処理などのエ
ネルギーを付与する方法や触媒を用いる方法などの公知
の方法であればいずれも利用可能である。As the sulfonation treatment method, a method of dipping in hot sulfuric acid, a method of dipping in fuming sulfuric acid, a method of dipping in chlorosulfuric acid, a method of contacting with sulfur trioxide gas, a dipping in sulfuric acid or fuming sulfuric acid Method of contacting with sulfur trioxide gas or sulfur dioxide gas repeatedly, method of contacting with sulfur trioxide gas after immersion in hot sulfuric acid, method of contacting with mixed gas of sulfur dioxide and oxygen after performing fluorine treatment Any of these can be suitably used. As the grafting method, any known method such as a method of applying energy such as a UV irradiation treatment, a plasma treatment, a corona treatment and the like using a catalyst at the same time as bringing a vinyl monomer into contact with a resin may be used. It is possible.
【0032】上記の親水化処理を用いる場合、不織布表
面に凹凸を付けてから親水化処理を行うことが必要であ
る。例えば、スルホン化処理を行った不織布に凹凸を形
成させる際には、繊維を熱によって融着させる必要があ
るため、不織布表面に形成されたスルホン基の脱離によ
り組み込んだ電池の性能低下を招く、スルホン基の脱離
と同時に起こる強度低下により電池製造時の歩留まりが
悪化する、という問題のあるため望ましくない。また、
グラフト処理を行った不織布は、熱容量が増加するため
グラフト処理後に凹凸を付けるのは困難であることと同
時に、たとえ厳しい条件で凹凸を付けたとしてもスルホ
ン化処理の場合と同様に、官能基の脱離による電池性能
の低下や、強度低下という問題のあるため望ましくな
い。また、界面活性剤や樹脂コーティング処理をしてか
ら凹凸を作製する場合についても界面活性剤による水分
吸着やコーティング樹脂の接着性により、グラフト処理
と同様の問題を有するため望ましくない。When the above-mentioned hydrophilization treatment is used, it is necessary to make the surface of the nonwoven fabric uneven, and then perform the hydrophilization treatment. For example, when forming irregularities on a non-woven fabric subjected to sulfonation, it is necessary to fuse the fibers by heat, so that the performance of the incorporated battery is reduced due to the elimination of sulfone groups formed on the non-woven fabric surface. This is not desirable because there is a problem that the yield at the time of battery production is deteriorated due to a decrease in strength that occurs simultaneously with the elimination of the sulfone group. Also,
The grafted nonwoven fabric has an increased heat capacity, which makes it difficult to provide irregularities after the grafting process. It is not desirable because there are problems such as a decrease in battery performance due to desorption and a decrease in strength. Also, the case where unevenness is formed after a surfactant or resin coating treatment is not desirable because it has the same problem as the graft treatment due to moisture adsorption by the surfactant and adhesiveness of the coating resin.
【0033】上記に示した親水化処理を行うと、スルホ
ン酸基やカルボキシル基、カルボニル基、水酸基、フッ
素系官能基といった親水性の官能基を繊維表面上に付与
できる。また、親水性官能基量としては、イオン交換量
から評価した際に、少なくとも0.005meq/g以
上であることが好ましく、それよりもイオン交換量が少
ないと電解液との親和性はあまり期待できない。一方、
親水化しすぎるとスルホン化処理においては不織布強度
が低下し、グラフト処理においては、電池に組み込んだ
際の寿命が短くなるという欠点を示す。従って、スルホ
ン化処理においては、発光分光分析で調べた硫黄量で4
0000ppm以下にすべきである。また、グラフト処
理においては、グラフト処理による重量増加を40重量
%以下に抑えるべきである。By performing the above-described hydrophilic treatment, hydrophilic functional groups such as sulfonic acid groups, carboxyl groups, carbonyl groups, hydroxyl groups, and fluorine functional groups can be provided on the fiber surface. In addition, the amount of the hydrophilic functional group is preferably at least 0.005 meq / g or more when evaluated from the amount of ion exchange. If the amount of ion exchange is smaller than that, the affinity with the electrolyte is expected to be low. Can not. on the other hand,
If the hydrophilicity is too high, the strength of the nonwoven fabric is reduced in the sulfonation treatment, and the life of the graft treatment is shortened when incorporated into a battery. Therefore, in the sulfonation treatment, the amount of sulfur determined by emission spectroscopy was 4%.
Should be below 0000 ppm. Further, in the grafting treatment, the weight increase due to the grafting treatment should be suppressed to 40% by weight or less.
【0034】以上のようにして、凹凸を付けた不織布を
親水化することによって得たセパレータにおいて、凹部
の深さはセパレータのみかけ厚みに対して5%以上50
%以下の範囲であることがのぞましく、さらにのぞまし
くは10%以上50%以下の範囲である。凹部の深さが
5%未満の場合には電極表面とセパレータの間に十分な
空間が生じず、凹凸の効果が得られないからである。ま
た、凹部の深さを50%より大きく場合、極端に厚みの
薄い部分ができてしまうためにその部分の強度が低下
し、電池捲回時の破断や短絡を起こしやすくなる。また
これを避けるために凹部分の厚みを増やした場合には、
セパレータ全体の厚みが大きくなってしまう。As described above, in the separator obtained by hydrophilizing the uneven nonwoven fabric, the depth of the recess is 5% to 50% of the apparent thickness of the separator.
% Or less, more preferably 10% or more and 50% or less. If the depth of the recess is less than 5%, no sufficient space is formed between the electrode surface and the separator, and the effect of the unevenness cannot be obtained. Further, when the depth of the concave portion is larger than 50%, an extremely thin portion is formed, so that the strength of the portion is reduced and a break or a short circuit at the time of winding the battery is easily caused. In order to avoid this, if the thickness of the recess is increased,
The thickness of the entire separator increases.
【0035】また、セパレータ全面積に対する凹部の面
積は、5%以上50%以下の範囲にあることがのぞまし
い。5%未満の場合には凹凸をつけた効果が得られず、
逆に50%より大きい場合には電極との密着が悪くなる
ため、電池性能が低下する。The area of the recess with respect to the entire area of the separator is preferably in the range of 5% to 50%. If it is less than 5%, the effect of providing unevenness cannot be obtained,
On the other hand, if it is more than 50%, the adhesion to the electrode is poor, and the battery performance is reduced.
【0036】本発明によるセパレータを用いて電池を構
成する場合、凹凸を有する面が少なくとも負極に対向す
るように配置することが必要である。凹凸を負極側に配
置することにより、負極表面とセパレータの間に空間が
形成され、正極より発生した酸素ガスが負極側に効率的
に移動することができ、移動した酸素ガスが負極表面で
効率よく吸収され、結果的に電池の内圧上昇が抑制され
る。When a battery is formed using the separator according to the present invention, it is necessary to arrange the battery so that the surface having irregularities faces at least the negative electrode. By arranging the irregularities on the negative electrode side, a space is formed between the negative electrode surface and the separator, and oxygen gas generated from the positive electrode can efficiently move to the negative electrode side. It is well absorbed, and as a result, an increase in the internal pressure of the battery is suppressed.
【0037】また本発明のセパレータを用いて密閉型電
池を作成する際には、(1)捲回体を作製する際にセパ
レータに加わる圧力及び張力、(2)電極表面の平坦
性、(3)電極の硬度、(4)電解液量、(5)電解液
の注入方法、(6)捲回体から巻き芯を抜く際の抵抗お
よび凹凸部への応力の集中、(7)タブを溶接する際に
セパレータにかかる温度、などを少なくとも考慮する必
要がある。ここで捲回体を作製する際にセパレータに加
わる圧力や張力が高いとセパレータ表面に存在する凹凸
が潰れて内圧抑制効果が薄れる。さらに場合によっては
短絡する。また、電極表面の平坦性が悪いと短絡に繋が
る。また、電極が柔らかすぎると、凹凸が埋まって内圧
抑制効果が薄れ、逆に堅すぎると短絡する。また、使用
する電解液量が多すぎると内圧が上昇しやすくなり、少
ないと内部抵抗が増大し、電池の寿命が短くなる。ま
た、電解液の注入方法が悪いと電池の生産性が悪化した
り、電解液が均一に行き渡らないために、電池の性能が
ばらつく。また、捲回体から巻き芯を抜く際の抵抗が大
きかったり、凹凸部への応力集中が発生すると、セパレ
ータが破断し、短絡してしまう。また、電極から電池を
取りだすために必要なタブを溶接する際にセパレータが
加熱され融解または収縮すると、短絡する恐れがある。
従って、本発明のセパレータを使用した電池を作製する
際には、少なくともこういった電池の作製時に問題とな
る点を考慮しなければならず、こういった点を考慮して
作製した電池も本発明の電池の範囲に包括される。ま
た、電池の形状や電極とセパレータの割合や、電極に使
用する合金組成や、捲回方法などについても考慮する方
が好ましい。When a sealed battery is produced using the separator of the present invention, (1) pressure and tension applied to the separator when producing a wound body, (2) flatness of the electrode surface, (3) ) Electrode hardness, (4) Electrolyte volume, (5) Electrolyte injection method, (6) Concentration of resistance to stress and irregularities on removal of core from wound body, (7) Tab welding In doing so, it is necessary to consider at least the temperature applied to the separator. Here, if the pressure or tension applied to the separator when producing a wound body is high, the unevenness existing on the separator surface is crushed, and the effect of suppressing the internal pressure is reduced. In some cases, a short circuit occurs. Further, poor flatness of the electrode surface leads to a short circuit. On the other hand, if the electrode is too soft, the irregularities will be buried and the effect of suppressing the internal pressure will be weakened. If the amount of the electrolyte used is too large, the internal pressure tends to increase, and if the amount is small, the internal resistance increases and the life of the battery is shortened. In addition, if the method of injecting the electrolyte is bad, the productivity of the battery deteriorates, and the performance of the battery varies because the electrolyte is not uniformly distributed. In addition, if the resistance at the time of removing the winding core from the wound body is large, or if stress concentration occurs on the uneven portion, the separator is broken and short-circuited. In addition, if the separator is heated and melted or shrunk when welding the tab required for removing the battery from the electrode, a short circuit may occur.
Therefore, when manufacturing a battery using the separator of the present invention, it is necessary to consider at least the points that are problematic when manufacturing such a battery. Included in the scope of the battery of the invention. It is also preferable to consider the shape of the battery, the ratio between the electrode and the separator, the alloy composition used for the electrode, the winding method, and the like.
【0038】また、上記の条件で作製したセパレータに
おいては、後述する評価法で測定した際に、120〜2
50μmといった厚みで十分なガス透過性とセパレータ
強度を持たせることが可能であり、さらには、短絡を防
ぐために比較的繊維密度を高くした60〜120μm程
度の薄型セパレータであっても良好なガス透過性が保た
れ、内圧上昇を抑制することができる。In the separator manufactured under the above conditions, when measured by an evaluation method described below,
Sufficient gas permeability and separator strength can be imparted with a thickness of 50 μm, and good gas permeability is obtained even with a thin separator of about 60 to 120 μm whose fiber density is relatively high to prevent short circuit. Properties can be maintained, and an increase in internal pressure can be suppressed.
【0039】さらに、繊維密度を高くしてもガス透過性
を保つことが可能であるため、電池の短絡抑止性能に関
与する突刺強度が5N以上のセパレータ、さらには8N
以上や10N以上のセパレータを作製することができ
る。Further, since the gas permeability can be maintained even when the fiber density is increased, the separator having a puncture strength of 5 N or more involved in the short-circuit suppression performance of the battery, and furthermore, 8 N
It is possible to produce a separator of 10N or more.
【0040】以下、本発明のおける各種セパレータの物
性値の測定方法を示す。Hereinafter, methods for measuring the physical properties of various separators according to the present invention will be described.
【0041】・目付、みかけ厚み、凹部深さ (1)セパレータより試験片(幅5cm,長さ10c
m)を採取し、60℃±2℃の下で、10時間乾燥した
時の重量を基に、1m2当たりの重量に換算した値を、
目付[g/m2]とした。 試験片n=20点の平均で
求めた。 (2)上記試験片の中央部の厚みを測定面が直径31.
5mmのデジタル厚み計(ピーコックデジタル厚み計)
を用いて測定した。n=20点の平均で求めた。 (3)セパレータの断面形状を光学顕微鏡にて300倍
に拡大し、凹部の厚みを測定する。この凹部厚みと見か
け厚みとの差を凹部深さとした。n=30点の平均で求
めた。· Weight, apparent thickness, depth of recess (1) A test piece (width 5 cm, length 10 c)
m) was collected, and the value converted to the weight per 1 m 2 based on the weight when dried at 60 ° C. ± 2 ° C. for 10 hours,
The basis weight was [g / m 2 ]. The test piece n was determined by averaging 20 points. (2) The thickness at the center of the test piece was measured to have a diameter of 31.
5mm digital thickness gauge (Peacock digital thickness gauge)
It measured using. An average of n = 20 points was determined. (3) The cross-sectional shape of the separator is magnified 300 times with an optical microscope, and the thickness of the concave portion is measured. The difference between the recess thickness and the apparent thickness was defined as the recess depth. The average was obtained at n = 30 points.
【0042】・通気度 JIS L1096−1990の通気性測定法に準じ、
フラジール型試験機により測定した。Air permeability According to the air permeability measurement method of JIS L1096-1990,
It was measured by a Frazier type testing machine.
【0043】・引張強度 幅5cm,長さ15cmのサンプルを用いて、縦(M
D)方向における引っ張り強度をJIS L1068
(織物の引っ張り試験方法)に準じ、つかみ間隔を10
cm,引っ張り速度を30cm/分として測定を実施し
た。試験片n=20点の平均で求めた。Tensile strength Using a sample having a width of 5 cm and a length of 15 cm,
The tensile strength in the direction D) is determined according to JIS L1068.
According to the (test method for tensile strength of woven fabric), the gripping interval should be 10
The measurement was carried out at a pulling speed of 30 cm / min. The test piece n was determined by averaging 20 points.
【0044】・突刺強度 突き刺し強度は、試料を直径1.128cm,面積1c
m2 の円孔ホルダーに固定し、先端球状が0.5R,
直径1mmΦのニードルを2mm/秒の速度で試料を突
き抜けるまで降下させていく際、ニードルに加わる最大
荷重とした。具体的には、カトーテック(株)KES−
G5ハンディ圧縮試験機を用いて測定を実施した。試験
片n=100点の平均で求めた。Puncture strength The puncture strength was determined by measuring the sample at a diameter of 1.128 cm and an area of 1 c.
fixed to the circular hole holder m 2, tip spherical 0.5 R,
The maximum load applied to the needle when the needle having a diameter of 1 mmΦ was lowered at a speed of 2 mm / sec until it penetrated the sample was determined. Specifically, Kato Tech Co., Ltd. KES-
The measurement was performed using a G5 handy compression tester. The test piece n was determined by averaging 100 points.
【0045】・イオン交換量 0.2gの試験片に1mol/LのHCl水溶液を完全
に含浸させた後、1mol/LのHCl水溶液中に移し
て1時間浸漬した。その後、イオン交換水でpHが6〜
7になるまで数回洗浄した。次いで、60℃の送風乾燥
機で2時間乾燥し、室温まで冷却した。冷却後の試験片
を0.01mol/dm3のKOH水溶液100cm3に
浸漬し、45℃で1時間振とうした後、試験片を取り出
し、溶液25cm3を採取して、0.01mol/Lの
HCl水溶液で中和滴定した。ブランク溶液も同様に滴
定し、式1より、カリウムイオン交換量を算出した。Amount of ion exchange A 0.2 g test piece was completely impregnated with a 1 mol / L HCl aqueous solution, and then transferred to a 1 mol / L HCl aqueous solution and immersed for 1 hour. Then, the pH is 6 ~
Washed several times until 7. Next, it was dried for 2 hours by a blow dryer at 60 ° C. and cooled to room temperature. The cooled test piece was immersed in a 0.01 mol / dm 3 KOH aqueous solution (100 cm 3) and shaken at 45 ° C. for 1 hour. Then, the test piece was taken out, and a solution (25 cm 3) was collected. Neutralization titration was performed with an aqueous HCl solution. The blank solution was titrated in the same manner, and the amount of potassium ion exchange was calculated from Equation 1.
【0046】 イオン交換量(meq/g) ={(V0−V1)×100×0.01×f}/(25×0.2) …(式1) ただし、 V1:サンプルの滴定に要したHCl水溶液量(c
m3) V0:ブランク溶液の滴定に要したHCl水溶液量(c
m3) f :HCl水溶液のファクターIon exchange amount (meq / g) = {(V0−V1) × 100 × 0.01 × f} / (25 × 0.2) (Equation 1) where V1: required for titration of sample HCl aqueous solution (c
m 3 ) V0: Amount of HCl aqueous solution required for titration of blank solution (c
m 3 ) f: Factor of HCl aqueous solution
【0047】・放電容量比、電池内圧 先ずペースト式水酸化ニッケル正極とペースト式水素吸
蔵合金負極、及びセパレータを渦巻き状に捲回し、SC
サイズの密閉型電池(容量2500mAh)を作製す
る。尚この電池の電解液としては、水酸化リチウムを添
加した水酸化カリウム水溶液を用いる。Discharge capacity ratio, battery internal pressure First, a paste-type nickel hydroxide positive electrode, a paste-type hydrogen storage alloy negative electrode, and a separator were spirally wound, and SC
A sealed battery of a size (capacity 2500 mAh) is prepared. Note that an aqueous solution of potassium hydroxide to which lithium hydroxide is added is used as an electrolyte for this battery.
【0048】前準備の初期活性化処理として、45℃で
6時間保持する。その後20℃の空気雰囲気下において
0.2Cで6時間充電の後、0.2C放電(放電終止電
圧1.0V)し、この充電・放電の操作を10回繰り返
す。10回目の放電容量の理論容量に対する割合をこの
電池の放電容量比とした。尚上記0.2C放電とは、密
充電した電池を5時間かけて放電することであり、この
際放電の電流値を適切な値に設定する。As an initial activation process for preparation, the substrate is kept at 45 ° C. for 6 hours. Thereafter, the battery is charged at 0.2 C for 6 hours in an air atmosphere at 20 ° C., discharged at 0.2 C (discharge end voltage: 1.0 V), and this charge / discharge operation is repeated 10 times. The ratio of the 10th discharge capacity to the theoretical capacity was defined as the discharge capacity ratio of this battery. The above-mentioned 0.2C discharge is to discharge a densely charged battery in 5 hours, and at this time, the current value of the discharge is set to an appropriate value.
【0049】上記活性化をおこなった電池について、雰
囲気温度20℃で、0.5C充電を3時間(充電深度1
50%)おこなった際の電池内圧を測定した。The activated battery was charged at 0.5 C for 3 hours at an ambient temperature of 20 ° C. (charging depth 1
50%), and the internal pressure of the battery was measured.
【0050】[0050]
【実施例】以下に本発明の実施例を用いて具体的に説明
するが、本発明は決してこれら実施例のみに限定される
ものではない。EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples of the present invention, but the present invention is by no means limited to these examples.
【0051】実施例1 市販のポリプロピレンが芯成分でポリエチレンが鞘成分
の芯鞘複合繊維を用いて作製した不織布(日本高度紙工
業WPSD40120;平均繊維径12μm、目付40g
/m2)を凸部面積率7%のギヤロール(ロール温度12
0℃)と120℃のステンレス製フラットロールによ
り、線圧3.4MPaで加圧して一方の面にのみ溝状の
凹部を成型した。これを60℃,20%の発煙硫酸に1
分間浸積処理し、さらに濃硫酸と希硫酸水溶液とイオン
交換水による洗浄の後、75℃で乾燥を行いセパレータ
とした。セパレータの各種物性及びこのセパレータの凹
部のある面を負極に対向させて使用した電池の放電容量
比と充電時内圧を表1に示す。Example 1 A non-woven fabric made of a core-sheath composite fiber having commercially available polypropylene as a core component and polyethylene as a sheath component (Nippon Kodoshi Paper Industries WPSD40120; average fiber diameter 12 μm, basis weight 40 g)
/ m 2 ) with a 7% convex area ratio (roll temperature 12)
(0 ° C.) and a flat roll made of stainless steel at 120 ° C., and pressurized at a linear pressure of 3.4 MPa to form a groove-shaped recess only on one surface. This is added to fuming sulfuric acid at 60 ° C and 20%
After immersion treatment for a minute, washing with concentrated sulfuric acid, dilute sulfuric acid aqueous solution and ion-exchanged water was performed, followed by drying at 75 ° C to obtain a separator. Table 1 shows the various physical properties of the separator, and the discharge capacity ratio and the internal pressure during charging of a battery used with the concave surface of the separator facing the negative electrode.
【0052】実施例2 市販のポリプロピレン不織布(日本高度紙工業SLF5
0120,平均繊維径12μm、目付50g/m2)を凸
部面積率15%のギヤロール(ロール温度130℃)と
130℃のステンレス製フラットロールにより、線圧
3.4MPaで加圧して一方の面にのみ溝状の凹部を成
型した。これを予め窒素ガスによって飽和させたアクリ
ル酸20重量%、蒸留水76.7%、ベンゾフェノン
0.2重量%、硫酸第1鉄0.1重量%、ノニオン系界
面活性剤3.0重量%よりなる溶液中に10分間浸積し
た。このポリオレフィン不織布から過剰の溶液を除去し
た後、低圧水銀ランプによる紫外線照射を5分間行い、
アクリル酸をグラフト重合した。次いで純水による洗浄
の数回行った後、75℃で乾燥し、セパレータとした。
セパレータの各種物性及び、このセパレータの凹部のあ
る面を負極に対向させて使用した電池の放電容量比と充
電時内圧を表1に示す。Example 2 Commercially available polypropylene non-woven fabric (Nippon Kodoshi SLF5
0120, an average fiber diameter of 12 μm, and a basis weight of 50 g / m 2 ) were pressed at a linear pressure of 3.4 MPa with a gear roll (roll temperature: 130 ° C.) having a convex area ratio of 15% and a stainless flat roll at 130 ° C. A groove-shaped concave portion was formed only in. This was prepared from 20% by weight of acrylic acid, 76.7% of distilled water, 0.2% by weight of benzophenone, 0.1% by weight of ferrous sulfate, and 3.0% by weight of nonionic surfactant, which had been saturated with nitrogen gas in advance. For 10 minutes. After removing the excess solution from this polyolefin nonwoven fabric, UV irradiation with a low-pressure mercury lamp is performed for 5 minutes,
Acrylic acid was graft polymerized. Next, after performing washing with pure water several times, it was dried at 75 ° C. to obtain a separator.
Table 1 shows various physical properties of the separator, and a discharge capacity ratio and a charging internal pressure of a battery used with the surface of the separator having the concave portion facing the negative electrode.
【0053】実施例3 市販のポリプロピレン製不織布(日本高度紙工業SLF
50120,平均繊維径12μm、目付50g/m2)
を、135℃に加熱した凸部面積率30%のエンボスロ
ールと120℃のステンレス製フラットロールをもちい
て加圧処理をおこない、一方の面にのみ点状の凹部を成
型した。これを96%の硫酸を用い130℃で5分間処
理した。さらに希硫酸水溶液とイオン交換水による洗浄
の後、75℃で乾燥を行いセパレータとした。セパレー
タの各種物性及び、このセパレータを使用した電池の放
電容量比と充電時内圧を表1に示した。Example 3 A commercially available polypropylene nonwoven fabric (Nippon Kodoshi SLF)
50120, average fiber diameter 12 μm, basis weight 50 g / m 2 )
Was subjected to a pressure treatment using an embossing roll heated to 135 ° C. and having a projection area ratio of 30% and a flat roll made of stainless steel at 120 ° C., and a dot-shaped concave portion was formed only on one surface. This was treated at 130 ° C. for 5 minutes using 96% sulfuric acid. After washing with a dilute sulfuric acid aqueous solution and ion-exchanged water, drying was performed at 75 ° C. to obtain a separator. Table 1 shows various physical properties of the separator, and the discharge capacity ratio and the internal pressure during charging of the battery using the separator.
【0054】実施例4 メルトブロー法を用いて作製したポリプロピレン製不織
布(東洋紡績;厚み180μm、平均繊維径7μm、目
付65g/m2)を凸部面積率40%のエンボスロール
(ロール温度140℃)と140℃のステンレス製フラ
ットロールにより、線圧3.4MPaで加圧して一方の
面にのみ溝状の凹部を成型した。これを96%,130
℃の濃硫酸に5分間浸漬処理し、さらに希硫酸水溶液と
純水による洗浄の後、75℃で乾燥を行いセパレータと
した。セパレータの各種物性及び、このセパレータの凹
部のある面を負極に対向させて使用した電池の放電容量
比と充電時内圧を表1に示す。Example 4 A polypropylene nonwoven fabric (Toyobo; thickness 180 μm, average fiber diameter 7 μm, basis weight 65 g / m 2 ) produced by a melt blow method was embossed with a convex area ratio of 40% (roll temperature 140 ° C.). And a flat roll made of stainless steel at 140 ° C., and pressurized at a linear pressure of 3.4 MPa to form a groove-shaped concave portion only on one surface. 96%, 130
After immersion treatment in concentrated sulfuric acid at 5 ° C. for 5 minutes, washing with a dilute sulfuric acid aqueous solution and pure water, drying at 75 ° C. was performed to obtain a separator. Table 1 shows various physical properties of the separator, and a discharge capacity ratio and a charging internal pressure of a battery used with the surface of the separator having the concave portion facing the negative electrode.
【0055】[0055]
【比較例】以下に本発明の比較例を示す。本発明の範囲
に含まれない方法によると、本文中に記載するような優
れた特性を引き出すことは出来ない。Comparative Example A comparative example of the present invention is shown below. According to a method not included in the scope of the present invention, it is not possible to obtain the excellent characteristics described in the text.
【0056】比較例1 実施例1において、発煙硫酸処理および洗浄乾燥処理を
先に施した後、凸部面積率7%のギヤロール(ロール温
度120℃)と120℃のステンレス製フラットロール
により、線圧3.4MPaで加圧して一方の面にのみ溝
状の凹部の形成を試みた。しかしながら、発煙硫酸処理
を先に行った不織布は、繊維間が融着しにくく、凹部の
形成に至らなかった。そこで、ロールの線圧を5.0M
Paにした所、凹部は形成されたものの加圧された部分
が黒色化しもろくなった。このセパレータの各種物性を
表1に示す。このセパレータを電池に組み込む際、捲回
時に全数が破断もしくは短絡を発生し、電池とすること
ができなかった。Comparative Example 1 In Example 1, after a fuming sulfuric acid treatment and a washing and drying treatment were performed first, a wire was formed with a gear roll (roll temperature: 120 ° C.) having a convex area ratio of 7% and a stainless flat roll at 120 ° C. At a pressure of 3.4 MPa, an attempt was made to form a groove-shaped recess only on one surface. However, in the nonwoven fabric subjected to the fuming sulfuric acid treatment first, fusion between the fibers was difficult, and the formation of the concave portion did not occur. Therefore, the linear pressure of the roll was increased to 5.0M.
When the pressure was changed to Pa, the concave portion was formed, but the pressed portion became black and became brittle. Table 1 shows various physical properties of the separator. When this separator was incorporated in a battery, all of the separators were broken or short-circuited at the time of winding, and the battery could not be obtained.
【0057】比較例2 実施例2において、グラフト処理および洗浄乾燥処理を
行った後、凸部面積率15%のギヤロール(ロール温度
130℃)と130℃のステンレス製フラットロールに
より、線圧3.4MPaで加圧して一方の面にのみ溝状
の凹部成型を試みた。しかしながら、ほとんど凹部を作
ることはできなかった。このセパレータの各種物性およ
びこのセパレータを使用した電池の放電容量比と充電池
内圧を表1に示した。Comparative Example 2 In Example 2, after performing the grafting treatment and the washing and drying treatment, a linear pressure of 3.% was applied by a gear roll (roll temperature: 130 ° C.) having a projection area ratio of 15% and a stainless steel flat roll at 130 ° C. A pressure was applied at 4 MPa, and an attempt was made to form a groove-shaped recess only on one surface. However, almost no recess could be made. Table 1 shows various physical properties of the separator, the discharge capacity ratio of the battery using the separator, and the internal pressure of the rechargeable battery.
【0058】比較例3 比較例2において、ギアロールの温度を170℃にして
一方の面にのみ凹部形成を試みた。凹部が形成された
が、加圧部の変色も発生し、官能基の劣化が伺える。こ
のセパレータの各種物性及び、このセパレータを使用し
た電池の放電容量比と充電時内圧を表1に示した。Comparative Example 3 In Comparative Example 2, the temperature of the gear roll was set to 170 ° C., and a concave portion was formed only on one surface. Although the concave portion was formed, discoloration of the pressurized portion also occurred, indicating deterioration of the functional group. Table 1 shows various physical properties of the separator, and the discharge capacity ratio and the internal pressure during charging of the battery using the separator.
【0059】比較例4 実施例4と同じ不織布を用い、硫酸処理および洗浄乾燥
処理を行った後、凸部面積率15%のギアロール(ロー
ル温度120℃)と120℃のステンレス製フラットロ
ールにより、線圧5.0MPaで加圧して一方の面にの
み溝状の凹部の形成させた。比較例1と同様に、加圧さ
れた部分が黒色劣化し、弱くなった。しかしながら、目
付が高いため、8個中1個は短絡せずに電池に組み込む
ことができた。セパレータの各種物性及び、このセパレ
ータを使用した電池の放電容量比と充電時内圧を表1に
示した。Comparative Example 4 The same nonwoven fabric as in Example 4 was subjected to a sulfuric acid treatment and a washing and drying treatment, and then, using a gear roll having a convex area ratio of 15% (roll temperature: 120 ° C.) and a stainless steel flat roll at 120 ° C. By applying a linear pressure of 5.0 MPa, a groove-shaped concave portion was formed only on one surface. As in Comparative Example 1, the pressed portion was blackened and weakened. However, since the basis weight was high, one out of eight pieces could be incorporated into the battery without short-circuiting. Table 1 shows various physical properties of the separator, and the discharge capacity ratio and the internal pressure during charging of the battery using the separator.
【0060】[0060]
【表1】 [Table 1]
【0061】実施例1〜4のセパレータでは電池内圧が
抑制されているのに対し、比較例2のセパレータでは内
圧抑制の効果がみられなかった。これは、グラフト処理
によって繊維表面の性質が変化し、凹部を作製できなか
ったためである。そのため、凹部の深さが不足してお
り、セパレータと負極表面との間に十分な空間が形成さ
れなかった。While the internal pressure of the battery was suppressed in the separators of Examples 1 to 4, the effect of suppressing the internal pressure was not observed in the separator of Comparative Example 2. This is because the properties of the fiber surface were changed by the grafting treatment, and a concave portion could not be formed. Therefore, the depth of the concave portion was insufficient, and a sufficient space was not formed between the separator and the negative electrode surface.
【0062】また、比較例1では電池捲回時に全数が短
絡もしくは破断してしまった。さらに比較例4でも8個
のうち7個までが短絡もしくは破断してしまった。これ
は、スルホン化処理を施した不織布に凹凸を作製する
際、スルホン基が加熱されたことによって繊維劣化を促
進し、強度低下を引き起こしたためである。これに対
し、実施例1〜4のセパレータでは、破断や短絡を生ず
ることなく電池を捲回することができている。In Comparative Example 1, all the batteries were short-circuited or broken when the batteries were wound. Further, also in Comparative Example 4, up to 7 out of 8 pieces were short-circuited or broken. This is because the heating of the sulfone group accelerated fiber deterioration and caused a decrease in strength when producing unevenness in the nonwoven fabric subjected to the sulfonation treatment. On the other hand, in the separators of Examples 1 to 4, the battery can be wound without causing breakage or short circuit.
【0063】また、比較例3および比較例4において
は、電池内圧上昇は抑制されているものの、放電容量比
が低くなっている。これは、官能基を付与した不織布
に、無理に凹凸を形成させたため、官能基が劣化し、電
池に組み込んだ際に電解液中に溶けだし、電池の内部抵
抗の増大や電極活性の低下を招いたためと考えられる。In Comparative Examples 3 and 4, the increase in battery internal pressure was suppressed, but the discharge capacity ratio was low. This is because the unevenness was forcibly formed on the nonwoven fabric to which the functional group was imparted, so that the functional group deteriorated and began to dissolve in the electrolytic solution when incorporated into the battery, causing an increase in the internal resistance of the battery and a decrease in the electrode activity. It is considered that
【0064】以上の様に、本発明に係る電池用セパレー
タ,アルカリ電池に関して、実施例を示しつつ具体的に
説明したが、本発明はもとより上記例に限定される訳で
はなく、前記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加
えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発
明の技術的範囲に包含される。As described above, the battery separator and the alkaline battery according to the present invention have been specifically described with reference to the examples. However, the present invention is not necessarily limited to the above examples. It is also possible to carry out the present invention with appropriate modifications within a compatible range, and all of them are included in the technical scope of the present invention.
【0065】[0065]
【発明の効果】以上のように本発明の製造方法によって
作製した電池用セパレータは、負極表面との間に微小な
空間を形成することができ、この空間に正極で発生して
セパレータを通過してきた酸素ガスが蓄積されるため、
負極表面での酸素ガス吸収反応がスムーズに進行し、過
充電時の電池内圧の上昇を効果的に抑制可能にするもの
である。したがって、このセパレータを用いたアルカリ
電池は優れた安全性を有する。As described above, in the battery separator manufactured by the manufacturing method of the present invention, a minute space can be formed between the separator and the surface of the negative electrode. Oxygen gas accumulates,
The oxygen gas absorption reaction on the surface of the negative electrode proceeds smoothly, and it is possible to effectively suppress an increase in battery internal pressure during overcharge. Therefore, an alkaline battery using this separator has excellent safety.
【図1】凹凸の断面形状の例FIG. 1 is an example of a cross-sectional shape of unevenness.
【図2】凹凸部分を上から見た例(連続の場合)FIG. 2 is an example of an uneven portion viewed from above (in a continuous case)
【図3】凹凸部分を上から見た例(非連続の場合)FIG. 3 is an example of the uneven portion viewed from above (in the case of discontinuity)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 2/16 H01M 10/30 Z 10/30 D06M 7/02 A (72)発明者 滝本 直彦 滋賀県大津市堅田二丁目1番1号 東洋紡 績株式会社総合研究所内 Fターム(参考) 4L031 AB34 BA13 BA17 DA08 4L033 AB07 AC07 CA18 CA70 4L047 AA14 AA27 AB07 CA12 CA19 CB01 CB08 CC12 5H021 AA06 BB04 BB09 EE02 EE04 EE34 HH00 HH01 HH03 HH06 5H028 AA01 BB04 BB10 EE10 HH00 HH01 HH05 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 2/16 H01M 10/30 Z 10/30 D06M 7/02 A (72) Inventor Naohiko Takimoto Otsu, Shiga 2-1-1, Ichikatada F-term in Toyobo Co., Ltd. Research Laboratory (Reference) 4L031 AB34 BA13 BA17 DA08 4L033 AB07 AC07 CA18 CA70 4L047 AA14 AA27 AB07 CA12 CA19 CB01 CB08 CC12 5H021 AA06 BB04 BB09 EE02 EE04H01 H03H03 5H028 AA01 BB04 BB10 EE10 HH00 HH01 HH05
Claims (6)
せた熱可塑性樹脂からなる不織布に、親水化処理を施し
たことを特徴とするアルカリ電池用セパレータ。1. A separator for an alkaline battery, wherein a non-woven fabric made of a thermoplastic resin having irregularities formed on at least one surface has been subjected to a hydrophilic treatment in advance.
して5%以上50%以下であり、かつ、セパレータ全面
積に対する凹部の面積が5%以上50%以下の範囲にあ
ることを特徴とする請求項1に記載のアルカリ電池用セ
パレータ。2. The method according to claim 1, wherein the depth of the recess is from 5% to 50% of the apparent thickness of the separator, and the area of the recess is from 5% to 50% of the total area of the separator. The separator for an alkaline battery according to claim 1.
ることを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の
アルカリ電池用セパレータ。3. The alkaline battery separator according to claim 1, wherein the thermoplastic resin is a polyolefin resin.
は、1〜20μmの範囲にあり、かつ不織布の目付は2
0〜75g/m2の範囲にあり、かつ不織布の通気度は2
〜50cm3/cm2/sの範囲にあり、かつ不織布の厚
みは180μm以下であり、かつ突刺強度は5N以上で
あることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載
のアルカリ電池用セパレータ。4. The nonwoven fabric constituting the separator has an average fiber diameter in the range of 1 to 20 μm, and the basis weight of the nonwoven fabric is 2 μm.
0-75 g / m 2 and the air permeability of the nonwoven fabric is 2
In the range of ~50cm 3 / cm 2 / s, and the thickness of the nonwoven fabric is less than 180 [mu] m, and piercing strength for an alkaline cell according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at least 5N Separator.
負極に対向していることを特徴とする請求項1乃至5の
いずれかに記載のアルカリ電池用セパレータを用いたア
ルカリ電池。5. An alkaline battery using the alkaline battery separator according to claim 1, wherein a surface of the separator having irregularities faces at least the negative electrode.
フト処理のいずれかの処理を少なくとも実施したことを
特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のアルカリ
電池用セパレータの製造方法。6. The method for producing an alkaline battery separator according to claim 1, wherein at least one of a hydrophilization treatment and a sulfonation treatment or a graft treatment is performed.
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JP2001107270A JP2002304979A (en) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | Separator for alkaline battery and method for manufacturing the same |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014199801A (en) * | 2012-12-28 | 2014-10-23 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Nonaqueous secondary battery and separator |
-
2001
- 2001-04-05 JP JP2001107270A patent/JP2002304979A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014199801A (en) * | 2012-12-28 | 2014-10-23 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Nonaqueous secondary battery and separator |
US10833309B2 (en) | 2012-12-28 | 2020-11-10 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method and system for replacing electrolyte solution of secondary battery |
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